專利名稱：控制引燃燃料注入以限制增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制引燃燃料注入以限制增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)中的NOx排放的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及能夠?qū)怏w用作燃料的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)包括增壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)例如可以是渦輪增壓系統(tǒng)。增壓空氣被傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸。當(dāng)氣體被用作燃料時(shí)，該氣體與空氣以汽缸特有的方式混合。將氣體或油用作在發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料也是已知的。這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為雙用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。引燃燃料注入的控制是能夠在公開文獻(xiàn)EP 1559887中發(fā)現(xiàn)的一種用于最小化發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx (氮氧化物)排放的已知方式。而且，發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于減小在廢氣中的NOx排放的SCR(選擇性催化還原)單元是普遍的。SCR單元是用于減小NOx排放的有效裝置。然而，實(shí)現(xiàn)盡可能低的NOx排放是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是盡可能多地減小增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放。這是通過在獨(dú)立權(quán)利要求中描述的裝置和方法來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的不同的實(shí)施方式。本發(fā)明的思想是減小廢氣的NOx含量的振蕩變化。而且，根據(jù)本發(fā)明，如果在廢氣中的NOx濃度在一定的界限內(nèi)波動(dòng)，則SCR單元更加有效地運(yùn)行。因此，根據(jù)本發(fā)明，波動(dòng)保持在一定范圍內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，增壓空氣壓力對NOx濃度具有影響。本發(fā)明的裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、SCR單元和引燃燃料注入器。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元與引燃燃料注入器連接以用于控制引燃燃料注入，并且SCR單元被布置為減小發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的NOx排放。而且，該裝置包括與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元連接的增壓空氣傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括調(diào)整單元，該調(diào)整單元被布置為接收增壓空氣參考數(shù)據(jù)信號(hào)和來自增壓空氣傳感器的信號(hào)，并且還形成調(diào)整信號(hào)。該調(diào)整信號(hào)被設(shè)置為調(diào)整引燃燃料注入器的控制。 本發(fā)明的方法包括以下步驟接收指示各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的信號(hào)；以及作為對接收到的信號(hào)的響應(yīng)，形成控制信號(hào)以用于控制引燃燃料注入。該方法還包括以下步驟接收指示增壓空氣壓力和參考增壓空氣壓力的第二信號(hào)；作為對接收到的第二信號(hào)的響應(yīng)，形成調(diào)整信號(hào)；以及通過使用調(diào)整信號(hào)來調(diào)整控制信號(hào)。


接下來參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖I例示了本發(fā)明的裝置的示例；圖2更加詳細(xì)地例示了本發(fā)明的控制單元的示例；圖3例示了在SCR單元之前本發(fā)明對NOx波動(dòng)的效果的示例；圖4例示了本發(fā)明的方法的流程圖的示例；以及
圖5例示了調(diào)整單元的示例。
具體實(shí)施例方式圖I例示了本發(fā)明的裝置的示例。該裝置被安裝在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)I中。增壓元件2增加輸入空氣的壓力。增壓空氣通過汽缸頭4被傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)汽缸3。將在汽缸中燃燒的氣體從氣體供應(yīng)系統(tǒng)5傳送到汽缸。在將氣體分配在發(fā)動(dòng)機(jī)中之前，該氣體流過氣體調(diào)節(jié)單元6。在不同的負(fù)載下，該調(diào)節(jié)單元將氣體壓力調(diào)節(jié)到正確值。在每一個(gè)汽缸頭4的進(jìn)氣口 7中，氣體與空氣混合。汽缸特有的進(jìn)氣閥8單獨(dú)地提供被饋送到每一個(gè)汽缸的恰當(dāng)?shù)臍怏w。發(fā)動(dòng)機(jī)可以是將氣體用作主要燃料并且將油用作引燃燃料的雙用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。優(yōu)選的是，發(fā)動(dòng)機(jī)為清潔燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
·
通過使用引燃燃料來對空氣/氣體混合物進(jìn)行點(diǎn)火。引燃燃料通過引燃燃料泵11從燃料供應(yīng)9傳送到引燃燃料注入閥10。在燃燒室中的壓力和溫度條件促進(jìn)了引燃燃料的自點(diǎn)火，該自點(diǎn)火燃燒促發(fā)了空氣和氣體混合物的燃燒。在空氣/氣體混合物的燃燒之后，廢氣經(jīng)由SCR單元12從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出。SCR單元減小了廢氣的NOx排放。如在圖I中所示，廢氣使增壓元件2運(yùn)行，在該情形中，該增壓元件2是渦輪增壓元件?？刂茊卧?3控制發(fā)動(dòng)機(jī)I的功能。大部分的控制連接沒有在圖I中示出，因?yàn)樗鼈兪且阎牟⑶覍τ诶菊f明本發(fā)明不是必要的。而且，必須注意的是，圖I是發(fā)動(dòng)機(jī)的簡化示意圖，其沒有包括發(fā)動(dòng)機(jī)的所有元件。圖I和其它圖是用于例示本發(fā)明的目的。因此，明顯的是，真實(shí)的實(shí)施方式包括未在描述中說明的大量的裝置和部分。本發(fā)明的裝置包括如在圖I中所示的增壓空氣壓力傳感器14。該壓力傳感器與控制單元13連接，以用于將壓力測量信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧??？刂茊卧€接收增壓空氣壓力的參考數(shù)據(jù)。在圖2中更加詳細(xì)地例示了控制單元。控制單元提供用于控制引燃注入閥10的汽缸特有的控制信號(hào)以限制NOx排放波動(dòng)?？刂茊卧?3包括處理單元15，該處理單元15被布置為接收指示各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的不同的信號(hào)18，發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件諸如為速度、負(fù)載、汽缸特有的廢氣溫度等。在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，處理單元提供了用于利用引燃注入閥來控制引燃燃料注入的定時(shí)和量的控制信號(hào)17。尤其，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)速度的數(shù)據(jù)被用于引燃注入控制。本發(fā)明的控制單元還包括調(diào)整單元16。該調(diào)整單元被布置為接收來自增壓空氣壓力傳感器14的指示增壓空氣壓力的測量數(shù)據(jù)20和增壓空氣壓力的參考數(shù)據(jù)19。調(diào)整單元的任務(wù)是將參考增壓空氣壓力與測量的增壓空氣壓力比較并且形成調(diào)整信號(hào)?？梢酝ㄟ^使用包含與在增壓空氣壓力和SCR單元12中的NOx波動(dòng)之間的關(guān)系有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息的表格來形成調(diào)整信號(hào)。因此，調(diào)整信號(hào)考慮了對NOx波動(dòng)具有影響的真實(shí)的渦輪增壓空氣壓力。調(diào)整信號(hào)21調(diào)節(jié)23引燃注入控制信號(hào)17，使得SCR單元的NOx波動(dòng)減小。因此，將發(fā)送到注入閥的引燃控制信號(hào)22考慮了普通引燃燃料控制和在SCR單元中的NOx濃度的波動(dòng)?？梢酝ㄟ^添加如在圖2中所示的信號(hào)來完成調(diào)整信號(hào)和普通控制信號(hào)的結(jié)合。另一種方式是利用系數(shù)乘以上述兩個(gè)信號(hào)，在該情形中，調(diào)整單元被設(shè)計(jì)為用于該類型的結(jié)合?？梢栽谒镜目刂茊卧膯为?dú)的單元32中完成該結(jié)合，或者可以實(shí)現(xiàn)為控制單元的一般構(gòu)造的集成功能。
圖3示出了本發(fā)明如何減小在SCR單元12中的NOx波動(dòng)的示例。較細(xì)的線31表示在沒有本發(fā)明的裝置的情況下的波動(dòng)。較寬的線32表示在本發(fā)明的裝置的情況下的波動(dòng)。如所能看見的，本發(fā)明明顯地減小了波動(dòng)。因此，它通過更好的SCR操作效率減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放。在氣體發(fā)動(dòng)機(jī)中，在廢氣中的NOx濃度主要由空氣/氣體燃料的比例來決定(越低的空氣/氣體燃料的比例意味著越高的NOx，反之亦然)?？諝饬靠刂凭哂兴陨淼墓δ芫窒扌?，不能確保SCR系統(tǒng)的NOx穩(wěn)定性。本發(fā)明使得可以通過調(diào)整在汽缸的每一個(gè)周期中的引燃燃料量來控制NOx濃度的波動(dòng)。越高的引燃燃料量意味著越高的NOx值，反之亦然。為了避免不點(diǎn)火和爆震，將考慮最大和最小的允許的引燃燃料量。圖5更加詳細(xì)地例示了調(diào)整單元16的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。已經(jīng)注意到的是，如果增壓空氣壓力改變?yōu)楦哂谠鰤嚎諝獾膮⒖贾担瑒t在廢氣中的NOx值減小，反之亦然。而且，如果引燃燃料量增大，則在廢氣中的NOx值增大，反之亦然。因此，當(dāng)形成引燃注入控制信號(hào)時(shí)將增壓空氣壓力的效果考慮在內(nèi)(參見圖2)。圖5的表格51示出了在不同的增壓空氣壓力條件下關(guān)于引燃注入控制信號(hào)的調(diào) 整值。y軸表示增壓空氣壓力的偏差。該偏差被確定為在增壓空氣壓力的參考值和測量值之間的差。X軸表示測量的增壓空氣壓力。在該示例中，調(diào)整值為微秒級(jí)的持續(xù)時(shí)間。換句話說，引燃注入的持續(xù)時(shí)間被調(diào)節(jié)以將增壓空氣壓力考慮在其中。注入的持續(xù)時(shí)間影響引燃燃料注入的量。該表格不是用于提供調(diào)整單元的功能的唯一選擇。還可以使用例如如下的功能，即，其中，輸入信號(hào)存在于關(guān)聯(lián)到NOx信息的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(如在之前的示例中使用的增壓空氣壓力的偏差)，并且將關(guān)于引燃燃料持續(xù)時(shí)間的校正作為輸出。圖4以流程圖例示了本發(fā)明的方法的示例。該方法包括以下步驟接收41指示各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的信號(hào)；以及作為對接收到的信號(hào)的響應(yīng)，形成42控制信號(hào)以用于控制引燃燃料注入。這些步驟對于控制引燃燃料注入閥是普遍的。該方法還包括以下步驟接收43指示增壓空氣壓力和參考增壓空氣壓力的第二信號(hào)；作為對接收到的第二信號(hào)的響應(yīng)，形成44調(diào)整信號(hào)；以及通過使用調(diào)整信號(hào)來調(diào)整45控制信號(hào)。接收第二信號(hào)43和形成44調(diào)整信號(hào)的步驟將在增壓空氣壓力和SCR單元12中的NOx波動(dòng)之間的關(guān)系考慮在其中。調(diào)整步驟45將普通控制信號(hào)和調(diào)整信號(hào)結(jié)合，以用于提供將發(fā)送到引燃注入閥的引燃控制信號(hào)。形成調(diào)整信號(hào)的步驟44可以設(shè)置為使用包含與在增壓空氣壓力和SCR單元12中的NOx波動(dòng)之間的關(guān)系有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息的表格。調(diào)整控制信號(hào)的步驟45可以被設(shè)置為包括用于將調(diào)整信號(hào)(21)與控制信號(hào)(17)結(jié)合的結(jié)合功能。結(jié)合功能例如可以是相加功能。通過引燃燃料，本發(fā)明的控制可以用于所有的將引燃液體燃料用作點(diǎn)火源的雙用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。調(diào)整單元可以被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以用于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)上述示例，清楚的是，本發(fā)明的實(shí)施方式可以以很多種方式實(shí)現(xiàn)。還清楚的是，本發(fā)明不限于文中的示例，本發(fā)明可以以在權(quán)利要求的限制范圍內(nèi)的任何形式形成。
權(quán)利要求
1.一種用于限制能夠?qū)怏w用作燃料的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的NOx排放的裝置，所述裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(13)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(13)包括用于形成針對引燃燃料注入器的控制信號(hào)的處理單元(15)，并且所述控制単元(13)可與引燃燃料注入器(10)連接以用于控制引燃燃料注入，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(13)進(jìn)ー步包括調(diào)整單元(16)，所述調(diào)整単元(16)被布置為接收來自增壓空氣壓カ傳感器(14)的信號(hào)(20)和參考數(shù)據(jù)信號(hào)(19)，并且還通過比較所述參考數(shù)據(jù)信號(hào)(19)和來自所述傳感器(20)的所述信號(hào)來形成調(diào)整信號(hào)(21)，所述參考信號(hào)和來自所述傳感器的所述信號(hào)與NOx排放的波動(dòng)相關(guān)聯(lián)，并且所述調(diào)整信號(hào)被設(shè)置為調(diào)整所述引燃燃料注入器的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于將所述調(diào)整信號(hào)(21)與所述控制信號(hào)(17)結(jié)合的結(jié)合功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述控制単元(13)包括用于提供所述結(jié)合功能的結(jié)合單元(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)合功能為相加功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4所述的裝置，其特征在干，所述裝置包括SCR単元(12)，所述SCR単元(12)被布置為減小所述發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的NOx排放，所述傳感器(14)為增壓空氣傳感器，來自所述傳感器(14)的信號(hào)和所述參考信號(hào)包括增壓空氣壓カ值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)整単元(16)包括表格，所述表格包含與在增壓空氣壓カ和所述SCR單元(12)中的NOx波動(dòng)之間的關(guān)系有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息。
7.一種用于控制引燃燃料注入以限制增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放的方法，所述方法包括以下步驟 接收指示各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的信號(hào)(41);以及 作為對接收到的信號(hào)的響應(yīng)，形成控制信號(hào)以用于控制所述引燃燃料注入(42)， 其特征在于，所述方法進(jìn)ー步包括以下步驟 接收指示發(fā)動(dòng)機(jī)增壓空氣壓カ操作條件和相應(yīng)的參考條件的第二信號(hào)，所述第二信號(hào)還與所述NOx排放的波動(dòng)相關(guān)聯(lián)(43)； 作為對接收到的第二信號(hào)的響應(yīng)，形成調(diào)整信號(hào)(44);以及 通過使用所述調(diào)整信號(hào)來調(diào)整所述控制信號(hào)(45)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述控制信號(hào)的步驟(45)包括用于將所述調(diào)整信號(hào)(21)與所述控制信號(hào)(17)結(jié)合的結(jié)合功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合功能為相加功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述調(diào)整信號(hào)的步驟(44)被設(shè)置為使用包含與在增壓空氣壓カ和SCR單元(12)中的NOx波動(dòng)之間的關(guān)系有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息的表格。
全文摘要
本發(fā)明使得SCR單元更加有效地運(yùn)行。本發(fā)明的裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(13)、SCR單元(12)和引燃燃料注入器(10)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元與引燃燃料注入器連接以用于控制引燃燃料注入。而且，該裝置包括與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元連接的增壓空氣傳感器(14)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括調(diào)整單元，該調(diào)整單元被布置為接收增壓空氣參考數(shù)據(jù)信號(hào)和來自增壓空氣傳感器(14)的信號(hào)，并且還形成調(diào)整信號(hào)。該調(diào)整信號(hào)被設(shè)置為調(diào)整引燃燃料注入器的控制。
文檔編號(hào)F02D19/08GK102762829SQ201180008873
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者A·卡法爾, 克里斯·哈塔爾 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司